生物學論文

生物學論文1

　　［摘要］系統生物學是本科生物工程專業的專業選修課，是一門新興的交叉學科，代表了生物學的未來。系統生物學的教學目標是使學生學習和了解學科交叉和多領域融合的研究思路，培養學生的系統思維能力。筆者在教學活動中，通過進行換位思考，重新組織教學內容，重構教學價值，合理運用案例分析，串聯系統生物學的原理和方法，從聽眾（生物工程專業本科生）的角度出發完成教學，調動了學生的學習主動性，培養了學生分析、解決問題的能力及創新意識。

　　［關鍵詞］生物工程；系統生物學；案例教學；教學價值；換位思考

　　系統生物學是生物科學、生物技術和生物工程專業的前沿專業選修課，是生命科學的新研究領域，其目的是在系統水平上理解生物體。區別于傳統意義上以生物分類為研究內容的“老”系統生物學，“新”系統生物學的研究屬于后基因組時代，以堅實的分子生物學知識為基礎，是對“還原論”和分析方法的反思與超越，側重于“整體論”和綜合方法。它是建立在分子及其相互作用基礎上的生理學，被譽為“２１世紀的生物學”［１］，因在諸多醫學前沿領域研究中成為重要研究方法而被廣泛應用［２］。通過學習，學生應了解系統生物學課程的基本概念和研究內容，掌握生物系統分析和建模的基本原理，拓寬視野，形成全局觀和系統的思維方式，從而全面地認識和理解生命現象，把握２１世紀生命科學研究的總體方向，為研究生階段的深造打下基礎。系統生物學以系統論、實驗和計算方法整合研究為特征，研究生物系統的組成及其相互關系和系統功能的涌現［３］。系統生物學的基本工作流程包括四步。第一步是對選定的某一生物系統的所有組分進行了解和確定，描繪出該系統的結構，包括基因相互作用網絡和代謝途徑，以及細胞內和細胞間的作用機理，以此構造出一個初步的系統模型。第二步是系統地改變被研究對象的內部組成成分（如基因突變）或外部生長條件，然后觀測在這些情況下系統組分或結構所發生的相應變化，包括基因表達、蛋白質表達和相互作用、代謝途徑等的變化，并把得到的有關信息進行整合。第三步是把通過實驗得到的數據與根據模型預測的情況進行比較，并對初始模型進行修訂。第四步是根據修訂后的模型的預測或假設，設定和實施新的改變系統狀態的實驗，重復第二步和第三步，不斷通過實驗數據對模型進行修訂和精練［３］。由此可見，系統生物學課程內容多，關聯的知識面廣，理論性強，知識更新速度快，最好配備實驗等輔助環節和充足的實驗資金。這些要求在高校的課程安排中是不可能實現的。如我校生物工程專業開設的系統生物學課程學時數偏少，且缺少實驗等輔助環節。因此，我們需要針對系統生物學的教學內容和教學實踐進行改革與創新，在合理的課程知識結構框架下，吸收前人和自身授課過程中總結的經驗［４］，通過靈活應用“換位思考”“注重教學價值”和“案例導向的課題式教學”，探索“關注人才培養”的教學方案，以期激發學生的學習興趣，提高授課實效。希望本文的教學方案可以在其他相關課程教學中推廣實驗。

　　一、進行換位思考

　　有學者曾建議在教學中換位［５］，主要是角色換位，即老師和學生的角色互換。老師給定一個科學問題，利用一兩節課的時間，讓學生上講臺，以教師身份引領大家去分析、解決這些問題，而老師則以一名學生的角色去聆聽并參與討論。角色換位的目的是鍛煉學生主動創新的思維和能力，提高他們的學習熱情。“角色互換式教學”效果顯著，但也存在不足，如由于時間和效率的關系（只能拿出少量的課時進行互換式教學，否則教學計劃無法完成），教師無法讓每位學生都進行角色互換（尤其是公共課，絕對沒有時間讓每位學生都上臺講），也不能每節課都由學生來講授。因此，“角色互換式教學”只能作為輔助，傳統的“老師講學生聽”的方式是不能拋棄的。老師依然必須是教學活動的主體，這點毋庸置疑。本文講的“換位思考”是指將“角色互換式教學”的思想融入每節課，充分提高學生的主動性和學習熱情。站在聽眾（學生）的角度換位思考是指授課老師以學生的角色去重新整理教學大綱，制定授課計劃，設計授課講義。這樣老師的授課才能貼近學生需求，學生才會變得主動、有興趣。以系統生物學為例，站在聽眾（生命科學專業學生）的角度授課，教師首先需要解釋的是：為什么會出現系統生物學？學習這門課能解決什么問題？這門課對今后的深造或工作有什么幫助？筆者的實踐證明，在每節課備課時站在學生的角度換位思考，重新設計授課講義，會收到意想不到的課堂教學效果———使枯燥無味的理論課程變得生動有趣，提高學生的主動性和學習熱情。

　　二、設計故事情節展開教學內容，注重教學價值

　　筆者認為，大學老師授課的主要目的不只是為了傳授知識。原因有二：

　　１．現在是知識爆炸的年代，知識是無窮盡的，是傳授不完的，也是無法通過人腦完全記憶的；

　　２．現在是網絡信息爆炸的年代，年輕人（學生）利用網絡資源的能力超過年長者（老師），學生可以通過搜索引擎得到幾乎想要的任何資料（有任何不懂的，都可以上網搜索），網絡幾乎可以代替老師傳授知識。

　　在大學里，老師最應該傳授的是方法和態度。知識就像是數據，而方法和態度就是程序。數據可以采集、錄入和存儲，而且永遠也采集不完；程序可以處理數據，最終得出公式和結論。如我們采集了今天的氣象數據（溫度、濕度、壓力和風力等），就可以通過程序處理對明天的天氣做出預測。老師只傳授知識，就相當于只教會學生怎樣采集今天的氣象數據，學生永遠也不知道明天會怎樣。傳授方法就相當于教會學生怎樣運行程序、計算數據、得出結論。那么，如何傳授方法和態度？授課老師需要從問題入手，展示前人是如何抽絲剝繭最終解決問題的。知識則是在解決問題的過程中自然積累起來的。這才是真正的教學價值［６］。以系統生物學為例，傳統的授課順序一般依從于知識、概念、定義的邏輯順序。筆者進行了調整，從一個案例“開發抗瘧疾藥物”入手，先引入非洲的瘧疾問題，接著講述青蒿素對世界人民和美軍全球戰略的重要作用，最后介紹美國科學家Ｋｅａｓｌｉｎｇ是如何利用系統生物學思想找到突破口并解決問題的［７］。通過設計故事情節展開教學內容，筆者不但把“怎么做”（知識）傳授給學生，而且將“為什么要這么做”和“怎么想到這么做的”（方法和悟性）一道傳播出去，學生聽得津津有味。筆者在授課過程中感悟到：優秀的授課過程就像講故事，可以采用正序、倒序和交互的方式，使情節撲朔迷離、高潮跌宕起伏，抓住聽眾的耳朵；優秀的授課過程又像寫一部偵探小說，抽絲剝繭，層層深入，把知識、方法和悟性一道傳播給讀者。

　　三、以案例為導向的課題式教學

　　我校系統生物學的開課時間是大三第一學期，這時學生已經掌握了生物和計算機學科的基礎知識，但尚未進入課題研究階段，因此還不能做到理論聯系實際。學生不知道教師為什么要講授這些內容，也不了解講授的各種技術、工具、軟件有什么重要的使用價值，以及對自己日后的學習、科研和工作有什么幫助。課堂教學以學生聽講為主，教師講解與學生實踐脫節，這就容易導致學生在學習過程中提不起興趣，從而影響學習質量。因此，在實際教學中，授課教師可以以案例為導向［８］，讓學生在學習之余參加課題研究（“干”實驗部分），在科研實踐中學習知識和運用工具，培養解決問題的思路。在系統生物學教學中，筆者將學生分組，并設立了一系列論述題，如讓學生設計實驗方案，從一株篩選到的微生物中克隆堿性纖維素酶基因。學生帶著問題投入學習，在學習過程中密切關注此類問題合適的解決思路和相關技術，并與同組同學進行討論。授課結束后，學生完善了思路，提供了詳盡的報告和本組課題的解決方案。一些學生的奇思妙想令筆者深思和感嘆。以案例為導向的課題式教學激發了學生自主學習和研究探索的熱情，得到了學生的歡迎和支持。

　　四、結論

　　“換位思考”“注重教學價值”和“案例導向的課題式教學”是筆者結合自身授課經歷總結的教學方法，目的是“關注人才培養”，使枯燥無味的理論課程變得生動有趣，強化學生對原理的認識，讓學生學習應用科學技術并提高綜合能力。經過三年的教學實踐，該教學方案收到了實效。２０１４年只有８位學生選修該課程，而２０１７年有４３位學生選修。學生表示喜歡該教學方案，這是對授課老師最好的表揚和最佳的教學動力。教學方法無高低之分，教學質量卻有高低之異。教師在教學前可以通過聽課、閱讀教學論文和同前輩探討等途徑，充分吸收教學經驗，再通過教學實踐總結經驗。在教學過程中，教師應不拘泥于自己的經驗體系，而是集眾家之長，兼容并包，努力解決遇到的具體問題。提高授課實效是每位授課老師的責任。

生物學論文2

　　內蒙古民族大學生命科學學院從建院開始，細胞生物學即是生物專業基礎必修課，幾經改革現在該課總學時83學時，理論56學時、實驗27學時。

　　一、生物專業細胞生物學課程發展歷程

　　1978年，哲里木醫學院生物教研室成立，在臨床醫學專業開設了《醫學生物學》課程，本、專科分別為72、54學時，先后由王光榮、董秀蘭、王靜霞、馬文良、孟青、南曉光等教師任教。在當時的《醫學生物學》課程中，已用相當的篇幅向學生介紹了醫學細胞生物學知識。1992年，蒙醫學院將臨床醫學專業的《醫用生物學》課程一分為二，南曉光老師開設《醫學細胞生物學》，理論課30學時，實驗課18學時。20xx年，哲里木盟畜牧學院、內蒙古民族師范學院及內蒙古蒙醫學院三所學校合并成立今天的內蒙古民族大學后，教學條件得到了顯著改善。20xx年，隨著生命科學院的成立，《細胞生物學》的發展進入了一個嶄新階段，被評為內蒙古民族大學首批校級精品課程之一，而且獲得了0.5萬元/年的經費大力支持。

　　二、課程內容體系和結構

　　隨著我校課程教育改革發展形勢，我們教研室對細胞生物學專業課程進行了較系統的改革探索，并經歷了反復實踐調查研究，才逐漸形成了今天的細胞生物學課程教學體系。在學校和學院的大力支持下，以及老一輩教師與新一代青年老師的共同努力下，細胞生物學在課程體系、教學平臺、教學手段、教學理念、教學內容建設等方面進行了深入的改革和完善，教學質量不斷提高，贏得了學生、老師和同行認可的實際效果和學術成果。細胞生物學課程在這些年的教學實踐基礎上形成了具有自己特色的內容體系結構。基本內容由14章組成：第一章，細胞的統一性與多樣性，第二章，細胞生物學研究方法，第三章，細胞質膜與物質轉運，第四章，內膜系統與膜運輸，第五章，線粒體與葉綠體，第六章，細胞內蛋白質的分選與膜泡運輸,第七章，核糖體，第八章，細胞骨架與細胞運動，第九章，細胞核與染色體，第十章，細胞周期與細胞分裂，第十一章，細胞與胚胎發育、分化與調控，第十二章，細胞衰老、死亡與癌變，第十三章，細胞社會的聯系，第十四章，細胞信號轉導。

　　三、細胞生物學課程改革

　　（一）細胞生物學課程改革建設目標

　　經過多年教學實踐，教研室曾對細胞生物學理論課教學方法進行了相應改革，例如，響應學校提倡科研能力的培養，從研究問題著手，把細胞生物學的一些核心知識構建過程展現出來，并提出專業相關問題，讓學生進行思考進而研究，這種采取研究性教學與學習的方法，雙向互動。對于學生自主獲取知識能力的培養，我們預計開設第二課堂活動，比如學生專題報告會、參與教師科研、放大課程章節提要等。在實驗教學中，通過開放實驗室、實驗項目、實驗內容、實驗儀器等措施將學生主體位置突顯出來。隨著學校課程教育改革形勢的發展，我們將繼續發揚內蒙古民族大學細胞生物學教學的優良傳統，在保持原有特色的基礎上，充分利用民族院校優勢，比如我校蒙醫藥學特色，可以在本科實驗教學中增設蒙醫藥用植物研究，同時結合現代教育的技術和手段，采用多樣化多形式的教學模式，豐富教學內容，促進學生的自主學習。進一步讓我院生物學專業細胞生物學課程體系結構得到完善，積極建設具有民族特色資源的專業課。同時為以后的生物學專業課程的學習和培養高素質的生物科學人才奠定基礎。

　　（二）課程改革建設步驟

　　1.進一步改革教學方法和手段，努力鉆研現代化教學手段，把教學質量提高到一個更高的新水平。我院從20xx年至今全程使用多媒體授課，因此首先要制作完善細胞生物學多媒體教學課件，并探討如何使用好多媒體課件進行教學的方法；不斷地更新和補充各種細胞教學圖片；加強教學中的啟發性與互動性；并爭取更多的在國內外學習的機會，提升新一代教師的素質。

　　2.隨著我校本科生導師制的完善，以細胞生物學為基礎，充分發揮教師在培養學生的科研能力和創新精神方面的作用。

　　3.聯系國內其他先進學校的細胞生物學精品課的教師（如清華大學、北京大學、東北師范大學、四川大學等知名大學）進行交流，學習他們的經驗，進一步提高我們細胞生物學教學的水平。

　　4.進行教材建設，這是一個重要環節，也是一個刻不容緩的改革。由于，我校民族特色，除了生命科學學院，蒙醫藥學院和醫學院同樣開設有細胞生物學，所以針對這些民族專業的細胞生物學課程沒有相應的教材，我們將結合蒙藥特色積極編寫符合我校的新的細胞生物學教材和細胞生物學實驗指導。

　　5.課程資源上網計劃。近些年，很多大學都開設了網上資源，以供學生自由使用與學習。我校20xx年，也將細胞生物學課程掛到了網上。比如“細胞生物學”教學大綱、多媒體教學課件和教材教參等已經上網。但仍需進一步改革完善。比如，

　　（1）加快和完善網絡課程建設，探討發揮網絡教學的方法。

　　（2）準備開展在網上實時指導學生學習和進行一些問題的討論。

　　（3）進行教學錄象拍攝，將我們的各種教學資源全部陸續上網。

生物學論文3

　　長期以來人們憑借形態特征和數量變化來進行植物抗污染生態分化研究，但對許多深入的研究卻無能為力。目前，分子生物學技術日趨成熟并已大量運用于污染進化生態學研究中。這些技術的引入為傳統分化進化研究打開了新局面，為進一步從本質上揭示污染條件下植物進化提供了可能。只有將分子生物學技術引入植物抗性進化研究中，將宏觀與微觀結合起來我們才有可能使許多問題得以解決[19]。同工酶、等位酶電泳技術的完善，作為第一代分子生物學標記的RFLP技術，以及近年來PCR技術的成熟和RAPD技術在國內外迅速發展，為實現上述研究提供了迅捷可靠的工具。

　　2.1同工酶電泳技術

　　同工酶作為基因產物的蛋白質，其結構的多樣性在一定程度上反映出不同種群在不同污染歷史條件下分化進化上DNA組成和生物體遺傳多樣性。同工酶之所以作為分化進化的重要研究對象，首先是因為它在品種間有豐富的多樣性。目前一半以上的酶類存在同工酶類。其次，同工酶易于檢測出。同工酶雖然由單拷貝基因編碼，但通過酶染色放大作用同樣易于檢測出。

　　等位酶作為一種特殊形式的同工酶，它由一個基因位點、不同等位基因編碼。根據等位酶譜帶的遺傳分析確定出每種等位基因在居群中的頻率，從而計算出它們的遺傳相似度或遺傳距離，再根據遺傳距離分析植物對污染的適應過程中遺傳結構變化，依據分子鐘進化理論計算出遺傳進化的理論時間，從而評估污染對植物進化影響的速度和強度[8、14]。目前的研究結果表明，經歷污染時間越長，居群間的遺傳相似系數就越小[5,14,21]

　　Mejnartowicz[24]利用同工酶技術發現受氟化物、SO2污染的蘇格蘭松F1代某些基因和基因型大為減少，Muller-Starck等[22]利用同工酶技術研究表明歐洲山毛櫸同工酶平均每個位點基因數目隨污染而下降，Scholz等[23]檢測了挪威云杉對SO2敏感性各不相同的一系列無性系的若干同工酶位點，也證明一定量的遺傳信息有因污染而喪失的危險性[20-22]。但是，由于種群雜合性影響，某些同工酶分析顯示了相互矛盾的結果，這表明同工酶技術所揭示的與污染脅迫的植物遺傳變異的復雜性[3、15、21、25]。

　　2.2RFLP技術

　　RFLP(RestrictionFragmentLengthPolymorphisma,限制性內切酶片段長度多態性)作為第一代分子生物學標記自問世以來已廣泛運用于多門生物學科研究中，但它運用于植物抗性研究還只是近幾年的事。RFLP能對植物的抗性基因進行定位和分離，利用RFLP技術，對于核基因組或葉綠體基因組、尤其是后者，若能提取純凈DNA，則可直接從酶切后的電泳圖譜看出其多態性，利用這一方法可以測定種群內、種群間不同水平的物種在污染環境下抗性分化進化水平上的差異。

　　與核酸序列分析相比，RFLP可省去序列分析中許多非常繁瑣工序，但相對RAPD而言，RFLP方法更費時、費力，需要進行DNA多種酶切、轉膜以及探針的制備等多個步驟，僅對基因組單拷貝序列進行鑒定。但RFLP又有比RAPD優越之處，它可以用來測定多態性是由父本還是母本產生的，也可用來測定由多態性產生的突變類型究竟是由堿基突變或倒位、還是由缺失、插入造成的[26]。

　　2.3PCR技術

　　PCR(PloymeraseChainReactions,聚合酶鏈式反應)自80年代中期問世以來，以其快速、簡便、靈敏、特異等特點受到分子生物學界極大青睞，已廣泛用于基因工程、臨床檢驗、環境生物監測以及進化生態學中核酸水平的基因多態性等研究領域。

　　PCR由高溫變性、低溫退火（復性）及適溫延伸三部反應構成一個擴增循環，使目的DN段得以迅速擴增。這一技術能選擇性富集一個特異DNA序列，并成106擴增。PCR擴增技術與RFLP結合使用其用途更為廣泛，PCR技術主要優點有：①PCR與DNA測序結合，擴增后無需再克隆，純化即可直接測序。②可擴增一個只知基因一側或兩側堿基序列的基因。③可進行DNA多種突變的測定，如堿基互換、缺失、插入型突變[16]。PCR近幾年已逐漸引入到植物抗污染進化研究領域中，并表現出強大的應用潛力。

　　2.4RAPD技術

　　1990年Williams和Welsh等[27、28]運用隨機擴增尋找多態性DN段作為分子標記，并將此法命名為RAPD法(RandomAmplifiedPolymorphismDNA,隨機擴增多態性DNA)。盡管RAPD技術誕生時間不長，但由于其獨到的DNA多態性及快速和比PCR更簡便等特點，使它成為基因組遺傳圖譜構建；基因定位及進化生態學研究中最為重要手段之一。

　　RAPD與PCR、RFLP、DNA指紋圖技術相比，它有如下特點：①RAPD技術可在對受試物種缺乏任何分子生物學研究背景下，直接對基因組進行多態性分析。②操作簡單；一次RAPD擴增實際就是一次簡單的PCR反應，適合大量的樣本快速分析。③所需模板DNA量極少；一般一次擴增只需10-50ngDNA，這對于瀕危動植物的基因組分析是十分有效的[27、29-31]。④與RFLP相比，RAPD可免去探針克隆與分離過程，不需進行DNA序列分析。⑤RAPD同時適用于基因組的單拷貝區域或重復序列區。

　　RAPD在植物抗污染進化研究中具有重大推動作用。利用RAPD分析礦區不同重金屬污染歷史下作物DNA結構多樣性，從中可試圖找到對重金屬污染具有抗性的DN段或基因組。這些研究雖然在國內外剛剛起步，但這些工作直接從分子水平上分析污染條件下種群遺傳結構上的分化進化，在理論上具有廣闊的研究前景和意義。

　　2.5核酸序列測定

　　核酸序列測定包括DNA和RNA序列的測定。由于rRNA基因較保守，因此分子生物學中更重視rRNA基因的測定。在植物抗污染進化研究中主要運用葉綠體4.5SrRNA、5SrRNA及胞質5SrRNA基因，然而，核酸序列的測定在植物抗性分化進化研究中尚未見報導，此項技術在實際操作和運用上還有待于進一步完善。

　　3結語

　　近二三十年來分子生物學技術迅速成熟為植物抗污染進化研究提供了極為重要的研究工具和手段，為傳統的抗性研究打開了新的局面。同時，植物抗性進化研究為生態遺傳學、進化生態學以及作物選擇育種提供了背景材料和研究窗口。目前，分子生物學技術在抗性進化研究中的應用剛剛起步，有待于深入和發展。與此同時，我們也應清醒的認識到微觀技術研究有其自身的局限性，因此我們應站在宏觀進化生態學高度在理論、方向上進行指導，只有宏觀與微觀有機地結合起來，植物抗性進化研究才可能有更大的突破。